一种含石墨烯的双层包覆阻燃塑料母料及制备方法技术

本发明专利技术提供了一种含石墨烯的双层包覆阻燃塑料母料及制备方法。将氯化聚氯乙烯和溶剂丙酮的壳层喷雾液、聚磷酸铵和去离子水的芯层喷雾液利用同轴静电喷雾造粒，得到一次包覆阻燃剂，接着将含石墨烯的三聚氰胺甲醛树脂预聚体喷涂后固化，得到双层包覆改性阻燃剂，最后与聚合物载体、稳定剂混合挤出造粒，即得含石墨烯的双层包覆阻燃塑料母料。该方法通过对聚磷酸铵进行双层包覆改性，并将石墨烯包覆其中，有效改善了聚磷酸铵及石墨烯在聚合物中的分散性，同时双层包覆下阻燃剂不易吸潮，抗水性能优异，同时有效保持了树脂原有的热学性质和力学性能，制备工艺简单，条件温和，易于推广。

【技术实现步骤摘要】
一种含石墨烯的双层包覆阻燃塑料母料及制备方法
本专利技术涉及阻燃塑料领域，具体涉及包覆改性聚磷酸铵阻燃剂，特别是涉及一种含石墨烯的双层包覆阻燃塑料母料及制备方法。
技术介绍
随着聚合物的广泛使用，阻燃剂作为最为有效的阻燃添加剂，已经发展成为了种类繁多的体系。阻燃剂根据使用方式的不同，可分为添加型阻燃剂和反应型阻燃剂两类，添加型阻燃剂是通过物理方法引入阻燃剂到聚合物中，但是相容性差，阻燃效果不能持久；反应型阻燃剂是将含磷阻燃单体与高聚物单体进行共聚，将阻燃基团引入高分子链或侧链，以共价键结合起来的本体阻燃聚合物，得到的树脂可有持久的阻燃效果，又能保持树脂原有的热学性质和力学性能。聚磷酸铵作为典型的无机磷系阻燃剂，因其高阻燃性、低烟、低毒、无腐蚀性气体产生，广泛用于阻燃领域。加入聚磷酸铵的聚合物燃烧时会在聚合物表面形成一层均匀的泡沫炭层，减少聚合物表面热量，抑制聚合热分解，起到隔热、隔氧、防止熔滴产生的作用，降低了聚合物火灾的危险性。因此，聚磷酸铵广泛应用于膨胀型防火涂料、聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯、环氧树脂、橡胶制品、纤维板及干粉灭火剂等，对于聚磷酸铵阻燃剂的研究和发展成为重要的课题。中国专利技术专利申请号201310545994.0公开了一种原位聚合双层包覆改性聚磷酸铵及其制备方法和用途，按以下步骤制备而成：先采用三聚氰胺与甲醛制成预聚体，再将其包覆在聚磷酸铵上形成三聚氰胺甲醛树脂改性的聚磷酸铵，然后再加入丙烯酸、丙烯酸酯类和W5的混合物与三聚氰胺甲醛树脂改性的聚磷酸铵反应形成双层包覆的改性聚磷酸铵；W5为醋酸乙烯、苯乙烯和丙烯腈中的至少一种。中国专利技术专利申请号201310160353.3公开了本专利技术微胶囊化聚磷酸铵阻燃剂及其制备方法，原料重量份为：结晶相Ⅱ聚磷酸铵（APPⅡ）100~102份，三聚氰胺4~4.5份，二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）11~11.5份，三苯基甲烷三异氰酸酯0.4~0.5份，二环己基碳二亚胺5~5.5份，三羟甲基乙烷0.5~0.8份，丙酮120~125份，甲苯27~29份；经双层包覆工艺过程制得。中国专利技术专利申请号201210429365.7公开了一种阻燃聚丙烯/石墨烯/碳纳米管纳米复合材料及其制备方法，其组成中含有膨胀型阻燃剂、石墨烯和碳纳米管。它通过如下方法制备：石墨烯、碳纳米管和聚丙烯首先通过溶液混合方法得到含石墨烯和碳纳米管聚丙烯母料，然后膨胀型阻燃剂、含石墨烯和碳纳米管聚丙烯母料以及聚丙烯通过熔融共混方法得到所述的阻燃聚丙烯/石墨烯/碳纳米管纳米复合材料。中国专利技术专利申请号201510019973.4公开了一种复配型微胶囊包覆聚磷酸铵母粒，其配方主要按照以下材料组成，聚磷酸铵10份，三聚氰胺甲醛树脂预聚体0.7~7份，分散剂10~50份，有机硅树脂0.5~1.4份，三聚氰胺甲醛树脂预聚体中三聚氰胺与甲醛的质量比是126:60~90。该专利技术游离甲醛含量极低，几乎没有，产品力学性能得到增强，阻燃效果得到提高。根据上述，现有方案中的聚磷酸铵作为阻燃添加剂存在很多的缺陷：吸湿性强，各成分之间易发生醇解，导致聚合物抗水性下降；相对分子量较低，聚合物的热稳定性差，抗迁移性差，阻燃剂的物理机械性能降低；与聚合物的相容性差，使聚合物的力学性能、电性能和绝缘性能下降，影响了聚磷酸铵的阻燃性能。鉴于此，本专利技术提出了一种含石墨烯的双层包覆阻燃塑料母料及制备方法，可有效解决上述技术问题。
技术实现思路
针对目前应用较广的聚磷酸铵阻燃剂在使用过程中，存在易吸潮、与高分子材料相容性差的缺陷，当加入阻燃协效剂石墨烯时，同样存在难以均匀分散的技术问题，本专利技术提出一种含石墨烯的双层包覆阻燃塑料母料及制备方法，从而有效改善了聚磷酸铵及石墨烯在聚合物中的分散性，并且所得阻燃塑料的抗水性好，阻燃效果佳。本专利技术涉及的具体技术方案如下：一种含石墨烯的双层包覆阻燃塑料母料的制备方法，包括以下步骤：（1）将三聚氰胺、甲醛溶液、水配成混合液，加入石墨烯分散液，利用氨水调节pH值为8~9，搅拌进行反应，生成含石墨烯的三聚氰胺甲醛树脂预聚体；（2）将氯化聚氯乙烯、溶剂丙酮混合，收集用作同轴静电喷雾的壳层喷雾液；将聚磷酸铵、去离子水混合均匀，收集用作同轴静电喷雾的芯层喷雾液；利用同轴静电喷头将壳层喷雾液与芯层喷雾液进行喷雾造粒，制得一次包覆阻燃剂；（3）将步骤（1）制得的含石墨烯的三聚氰胺甲醛树脂预聚体喷向步骤（2）制得的一次包覆阻燃剂的表面，在凝固浴中收集，水浴反应后烘干，制得双层包覆改性阻燃剂；（4）将步骤（3）制得的双层包覆改性阻燃剂与聚合物载体、稳定剂混合均匀，然后在双螺杆挤出机中挤出造粒，制得阻燃塑料母料。国内普遍生产的聚磷酸铵聚合度低，吸湿性大，亲水性较强，热稳定性和在树脂中的分散性不好。因此,必须对其进行表面改性，由亲水性转变为疏水性，从而改善其润湿、分散等性能。其中最重要的时包覆法，包覆法可使聚磷酸铵表面改性，降低水的溶解度。本专利技术通过对聚磷酸铵依次进行同轴静电喷雾包覆和预聚体反应包覆实现双层包覆改性，利用石墨烯优异的阻燃及耐水性能，在改善了阻燃性能的同时，有效提高了抗水性能，并且与聚合物的相容性更佳。优选的，步骤（1）中各原料重量份为，三聚氰胺12~15重量份、甲醛15~20重量份、石墨烯5~10重量份、水55~68重量份。优选的，步骤（1）所述搅拌反应的反应温度为110~130℃，时间为2~4h。优选的，步骤（2）所述壳层喷雾液中，氯化聚氯乙烯15~20重量份、溶剂丙酮80~85重量份；所述芯层喷雾液中，聚磷酸铵20~40重量份、去离子水60~80重量份；所述壳层喷雾液与芯层喷雾液的重量比为1:5~1:3。优选的，步骤（3）中各原料重量份为，三聚氰胺甲醛树脂预聚体10~20重量份、一次包覆阻燃剂80~90重量份。优选的，步骤（3）所述水浴反应的温度为80~90℃，时间为1~3h。优选的，步骤（4）所述聚合物载体为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯中的一种。优选的，步骤（4）所述稳定剂为二盐基硬脂酸铅、水合三盐基硫酸铅、二盐基邻苯二甲酸铅、二盐基亚磷酸铅中的至少一种。优选的，步骤（4）中各原料重量份为，双层包覆改性阻燃剂5~20重量份、聚合物载体76~93重量份、稳定剂2~4重量份。本专利技术还提供一种上述制备方法制备得到的含石墨烯的双层包覆阻燃塑料母料。将三聚氰胺、甲醛溶液、水配成混合液后加入石墨烯分散液，利用氨水调节pH值，搅拌进行反应，生成预聚体，将预聚体灌入喷头备用；将氯化聚氯乙烯、溶剂丙酮混合，收集用作同轴静电喷雾的壳层喷雾液；取聚磷酸铵、去离子水混匀，收集用作同轴静电喷雾的芯层喷雾液；利用同轴静电喷头将两种喷雾液进行喷雾造粒，得到一次包覆阻燃剂；将配制的含石墨烯的三聚氰胺甲醛树脂预聚体喷向雾化造粒的包覆改性阻燃剂，在凝固浴中收集，水浴反应后烘干，得到双层包覆改性阻燃剂；将双层包覆改性阻燃剂、聚合物载体、稳定剂混合均匀，然后在双螺杆挤出机中挤出造粒，得到产品。本专利技术提供了一种含石墨烯的双层包覆阻燃塑料母料及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：1、提出依次进行同轴静电喷雾包覆和预聚体反应包覆制备含石墨烯的双层包覆阻燃塑料母料的方法。2、通过对聚磷酸铵进行双层包覆改性，改善了聚磷酸铵本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含石墨烯的双层包覆阻燃塑料母料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将三聚氰胺、甲醛溶液、水配成混合液，加入石墨烯分散液，利用氨水调节pH值为8~9，搅拌进行反应，生成含石墨烯的三聚氰胺甲醛树脂预聚体；（2）将氯化聚氯乙烯、溶剂丙酮混合，收集用作同轴静电喷雾的壳层喷雾液；将聚磷酸铵、去离子水混合均匀，收集用作同轴静电喷雾的芯层喷雾液；利用同轴静电喷头将壳层喷雾液与芯层喷雾液进行喷雾造粒，制得一次包覆阻燃剂；（3）将步骤（1）制得的含石墨烯的三聚氰胺甲醛树脂预聚体喷向步骤（2）制得的一次包覆阻燃剂的表面，在凝固浴中收集，水浴反应后烘干，制得双层包覆改性阻燃剂；（4）将步骤（3）制得的双层包覆改性阻燃剂与聚合物载体、稳定剂混合均匀，然后在双螺杆挤出机中挤出造粒，制得阻燃塑料母料。

【技术特征摘要】
1.一种含石墨烯的双层包覆阻燃塑料母料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将三聚氰胺、甲醛溶液、水配成混合液，加入石墨烯分散液，利用氨水调节pH值为8~9，搅拌进行反应，生成含石墨烯的三聚氰胺甲醛树脂预聚体；（2）将氯化聚氯乙烯、溶剂丙酮混合，收集用作同轴静电喷雾的壳层喷雾液；将聚磷酸铵、去离子水混合均匀，收集用作同轴静电喷雾的芯层喷雾液；利用同轴静电喷头将壳层喷雾液与芯层喷雾液进行喷雾造粒，制得一次包覆阻燃剂；（3）将步骤（1）制得的含石墨烯的三聚氰胺甲醛树脂预聚体喷向步骤（2）制得的一次包覆阻燃剂的表面，在凝固浴中收集，水浴反应后烘干，制得双层包覆改性阻燃剂；（4）将步骤（3）制得的双层包覆改性阻燃剂与聚合物载体、稳定剂混合均匀，然后在双螺杆挤出机中挤出造粒，制得阻燃塑料母料。2.根据权利要求1所述一种含石墨烯的双层包覆阻燃塑料母料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中各原料的重量份为，三聚氰胺12~15重量份、甲醛15~20重量份、石墨烯5~10重量份、水55~68重量份。3.根据权利要求1所述一种含石墨烯的双层包覆阻燃塑料母料的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述搅拌反应的温度为110~130℃，时间为2~4h。4.根据权利要求1所述一种含石墨烯的双层包覆阻燃塑料母料的制备方法，其特征在于：步骤（...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆，昝航，
申请(专利权)人：成都新柯力化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51